KR100504413B1 - 반도체기판상의유전체층에칭장치및방법 - Google Patents
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Abstract
습식 에칭 바스(wet etch bath; 61)는 반도체 기판 위의 유전체를 에칭하는 습식 에천트(52)를 보유한다. 습식 에칭 바스(61)는 벽(65)에 의해 저장기(64)로부터 분리된 튜브(63)를 구비한다. 튜브(63)는 벽(65)의 높이까지 습식 에천트(52)로 충전된다. 저장기(64)는 벽의 높이보다 낮은 높이로 습식 에천트(52)가 충전된다. 저장기(64)에 연결된 펌프(66)는 삼투성막 탈기 장치(69)를 통해 습식 에천트(52)를 튜브(63)로 펌프한다. 습식 에천트(52)를 튜브(63)에 가함으로써 습식 에천트(52)는 벽(65)을 넘어 저장기(64)로 다시 폭포처럼 떨어진다. 삼투성막 탈기 장치(69)는 습식 에천트(52)내의 반응제의 농도를 감소시킨다.
Description
본 발명은, 일반적으로 반도체 재료를 에칭하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 웨이퍼 상의 유전체 재료를 습식 에칭하는 것에 관한 것이다.
습식 에칭(set etching)은 반도체 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 반도체 웨이퍼 공정에 폭넓게 이용됩니다. 반도체 업계 전체에서 광범위하게 이용되는 습식 에칭의 예로 BOE(Buffered Oxide Etch)가 있다. BOE는 PSG(phosphorus doped silicate glass) 등의 유전체 재료를 에칭하는데 이용된다. 통상적으로 PSG는 반도체 장치를 형성하는 경우 또는 센서 구조를 미세 기계 가공하는 경우에 반도체 웨이퍼의 영역을 보호하기 위하여 희생층으로서 이용된다. PSG는 또한 반도체 웨이퍼 상의 전도 영역을 서로 간에 전기적으로 절연시키는데 이용된다.
통상적인 습식 에칭 공정은 반도체 웨이퍼를 계면 활성제에 담그는 것으로 시작된다. 다음으로, 반도체 웨이퍼를 에천트의 재순환 바스 속에 넣어 유전체 재료를 에칭한다. 에칭 이후에, 반도체 웨이퍼를 이온이 제거된 물에서 씻어내고, 이소프로필 알코올 증기로 건조한다. 몇몇 용도에 있어서, 예를 들면 센서류를 미세 기계 가동하는데 있어서는, 반도체 웨이퍼를 이온이 제거된 물에서 씻어낸 후에 과산화 수소 용액에 상기 웨이퍼를 담근다. 다음으로, 제 2 의 이온이 제거된 물로 세척을 행하고 반도체 웨이퍼를 이소프로필 알콜 증기로 건조시킨다. 통상적으로, 반도체 분야에서의 습식 에칭 공정의 현저한 변화는 오랫동안 거의 없었다.
따라서, 반도체 웨이퍼 상의 유전체 재료를 에칭하는 공정을 갖는 것이 유리할 것이다. 이 공정은 높은 선택성과 제어성을 갖는다. 또한 이 에칭 공정은 간단하며 현존 에칭 공정과의 조정이 용이하다는 이점이 있다.
유전체 습식 에칭 공정을 개선하려는 두 가지 이유는, 집적 회로를 구성하는 특징적 부품 크기를 일정하게 감소시키는 것과, 반도체 웨이퍼 상의 미세 기계적 구조의 형성과 관련된 습식 에칭 시간을 늘리는 것에 있다. 이론상으로, 습식 에칭은 유전체 재료만을 에칭시킨다. 그러나, 실제로는 종래의 습식 에칭 기술에 의하면 과잉 에칭이 되거나 에칭 제어를 약화시킨다. 즉, 웨이퍼롯(wafer lot)마다의 가변성이 증대한다.
통상적으로, 습식 에천트에는 원하지 않는 기체가 용해되어 존재하므로 에칭 공정 동안에 바람직하지 못한 효과가 나타난다. 이들 원하지 않는 기체는 반응제라고 언급된다. 예를 들어 반응제는, 반도체 기판의 노출 영역 또는 이 노출 영역 상에 원하지 않는 층을 형성하는 반도체 기판을 피복하는 노출된 재료와 반응한다. 또한, 반응제는 에칭 속도를 변화시킬 수도 있다. 예를 들어 에칭 속도를 천천히 하면 웨이퍼 처리 사이클 시간을 증대시키며, 이것은 바람직하지 못한 효과가 된다.
버퍼된 산화물 에천트(buffered oxide etchant)에서 발견된 두 가지 반응제로는 산소와 오존이 있다. 버퍼된 산화물 에천트는 반도체 웨이퍼 처리에 공통으로 이용되는 유전체 습식 에천트이다. 버퍼된 산화물 에천트는 실리콘이나 폴리실리콘을 에칭시키지는 않지만 이산화 실리콘을 에칭하는데는 매우 효과적이다. 용해된 산소 및 오존은 웨이퍼상의 모든 노출된 실리콘이나 폴리실리콘과 반응하여 이산화 실리콘을 형성한다. 그리고, BOE는 새로이 형성된 이산화 실리콘을 에칭한다. 에천트내의 용해된 산소로 인한 이산화 실리콘 형성 문제는 습식 에칭으로부터 산소(또는 오존)를 제거함으로써 감소된다.
유전체 에천트에 용해된 반응제의 문제점을 예시하는 반도체 웨이퍼 처리의 예로 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 트랜지스터를 형성하는데 이용된 처리가 있다. 고성능 CMOS 트랜지스터는 실질적으로 100옹스트롬 미만의 게이트 산화물 두께를 갖는다. 통상적으로, 게이트 산화물 두께는 CMOS 디바이스의 등비(geometry)가 줄어들게 됨으로서 감소한다. 이상적으로, 게이트 산화물 두께는 트랜지스터의 폭과 길이에 대해 균일하다. 게이트 산화물은 성장되는 표면에 따르기 때문에, 트랜지스터의 동작 특성은 반도체 웨이퍼의 표면에서의 탈선이나 또는 표면 거칠기에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 표면의 거친 정도가 높으면, 디바이스가 오동작될 수도 있고 또는 예기치 못한 장기간의 신뢰성 문제를 유발할 수 있다.
미처리된 반도체는 완전한 평면이 아니다. 또한, 웨이퍼 처리 단계는 반도체의 비평면성, 즉 표면의 거친 정도를 한층 증가시키게 된다. 특히, 반도체 웨이퍼 표면은 적어도 1회 이상의 수 회의 산화 단계를 거친 후에 표면상에 게이트 산화물을 성장시키는 것이 일반적이다. 각각의 산화 단계는 이산화 실리콘층을 성장시키는 단계 및 유전체 습식 에천트로 상기 이산화 실리콘층을 제거하는 단계를 포함한다.
반도체 표면으로부터 유전체층을 제거하는 경우에, 유전체 습식 에천트 속에 존재하는 산소 및/또는 오존으로 인해서 반도체의 표면은 거칠어지게 된다. 이것은 반도체 표면의 일부가 습식 에칭 공정 동안 노출되는 반면, 다른 부분들은 유전체층에 의해 피복된 상태로 유지되기 때문에 발생하는 것이다. 유전체 습식 에천트내의 산소 및/또는 오존은 반도체 웨이퍼의 노출된 부분을 산화시켜 이산화 실리콘을 형성한다. 반도체 표면의 일부가 노출된 후에 유전체층으로 인해 다른 부분이 불균일한 에칭 속도로 에칭되어, 유전체층은 불균일한 두께를 갖거나 또는 그들의 조합을 갖게 된다. 습식 에천트내의 용해된 산소 및 오존에 의해 형성된 이산화 실리콘은 습식 에천트에 의해 에칭되어 표면이 희생 산화물 에칭 동안 먼저 노출되는 저영역을 생성한다. 최종적인 결과는 습식 에칭으로 인해 표면의 거친 정도가 증가한다. 이 표면 거칠기는 산화 단계의 횟수 증대로 악화된다. 전술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 거친 표면상에 성장된 게이트 산화물 등의 산화물은 반도체 표면의 등고선에 합치된다. 따라서, 트랜지스터는 예측한 대로 게이트 산화물의 균일 평면 시트도 갖지 못하며, 디바이스의 동작 특성 역시 모델 디바이스로부터 예측이 불가능할 것이다.
반도체 웨이퍼로부터 얻은 경험상의 데이터는 이런 문제점의 중요성을 보여주고 있다. 거친 표면의 특성을 지닌 비에칭된 웨이퍼는 0.88nm의 피크 높이 치수(Zmax) 및 0.078nm의 반도체 웨이퍼의 높이 변동의 표준 편차를 갖는다. 반도체 웨이퍼에 대한 높이 변화의 표준 편차는 또한 높이 변화의 RMS(root mean square)로 언급된다. 반도체 웨이퍼가 85초 동안 버퍼된 산화물 에천트에서 에칭되는 경우에, 반도체 웨이퍼는 1.58nm의 Zmax 및 0.18nm의 높이 변화의 RMS를 갖는다. 반도체 웨이퍼가 300초 동안 버퍼된 산화물 에천트에서 에칭되는 경우에 반도체 웨이퍼는 2.81nm의 Zmax 및 0.29nm의 높이 변화의 RMS를 갖는다. 반도체 웨이퍼가 900초 동안 버퍼된 산화물 에천트에서 에칭되는 경우에 반도체 웨이퍼는 3.24nm의 Zmax 및 0.41nm의 높이 변화의 RMS를 갖는다. 따라서, 에칭 시간을 늘리면 표면 거칠기가 증대된다.
일반적으로, 버퍼된 산화물 에천트 등의 습식 에천트 내의 반응제(예, 산소 및/또는 오존)는 제거되거나 농도를 줄여 표면이 거칠어지는 것을 방지한다. 또한, 습식 에칭 공정은 반응제가 에칭 공정에 다시 들어가는 것을 방지하도록 단계들을 통합해야 한다. 그 공정은 실시예로 양호하게 기술되어 있다. 공정은 실시예에 국한되는 것이 아니라 상이한 반응제를 갖는 상이한 유전체 습식 에천트에 응용될 수 있다.
당업자에게 널리 공지되어 있는 BOE(Buffered Oxide Etch) 공정은 통상적으로 반도체 기판 등의 기판으로부터 희생 산화물층 등의 유전체 재료를 에칭하는데 이용된다. 반도체 업계에서 사용되는 통상적인 희생 산화물층으로는 인이 도핑된 실리케이트 글래스, 테트라메틸포스피트(tetramethylphosphite)가 도핑된 글래스 등이 있다. 통상적으로, 기판은 이를테면 1분 등의 시간 주기 동안 계면 활성제에 담가진다. 예로서, 계면 활성제로는 Waco Chemical의 상표 NCW 601A로 판매되는 폴리옥시알킬레인알킬페닐 에테르 수용액이 있다.
적어도 기판의 일부분은, 예를 들어 6비율의 불화암모늄 및 1비율의 불화수소로 이루어진 6 : 1의 버퍼된 산화물 에천트 등의 에천트의 재순환 바스 속에 잠긴다. 에천트의 온도 및 기판 침수 시간에 따라 에칭의 범위가 결정된다.
에천트의 재순환은 에천트로 튜브를 과충전함으로써 이루어진다. 튜브를 과충전하는 일부 에천트는 재순환 경로로 모아지고, 필터를 통해서 펌프되며, 주입기를 통해 튜브내로 다시 주입된다. 에천트의 온도와 합성, 및 에칭 공정의 기간은 공정(예를 들면 반도체 디바이스 형성 및 미세 기계 가공 공정)에 따라서 광범위하게 변경될 수 있다. 이들 파라미터는 조정 가능하여 각 에칭 공정을 최적화할 수 있다. 에천트에 용해된 산소와 반응하는 기판상의 모든 구조(또는 기판 자체)는 이산화 실리콘을 형성하고 에천트에 의해 에칭된다.
에칭 이후에, 반도체 웨이퍼는 탈이온수의 순환 바스에서 세척된다. 세척 동안에는 저항성이 모니터된다. 처음에는 에천트가 도전성이므로 저저항이 기록된다. 탈이온수에 용해된 에천트의 농도가 감소함에 따라서 도전성이 감소된다. 통상적으로, 세척 공정은 소정의 저항값이 초과된 이후에 정지되거나, 또는 소정의 시간 이후에 정지될 수도 있다. 어느 방법으로든지, 목적은 반도체 웨이퍼로부터의 모든 미립자 및 에천트를 세척하는 것이다.
습식 에천트 내의 용해된 산소의 문제는 에천트가 대량으로 만들어지는 공장에서 발단이 된다. 에천트 제조 화학 공장은 에천트 내의 산소나 오존을 줄이기 위해 어떠한 공정도 취하지 않는다. 따라서, 습식 에천트에 용해된 산소 및 오존의 양은 각각의 제조자에 따라 그리고 수송시마다 변화한다. 통상적으로, 에천트는 예를 들어 기차에 의해 벌크 형태로 반도체 제조업자에게 수송된다. 그리고 나서 에천트는 벌크 형태로 반도체 공장에 저장된다. 그러나 220리터(55갤런) 드럼 등의 보다 가동성 있는 용기 내에 저장된다. 현대적인 반도체 공장에서는, 에천트는 에천트 바스에 관이 부설되어 있어 필요한 경우 튜브를 재충전하거나 부가할 수 있다.
도 1은 반도체 업계에서 통상적으로 사용되는 습식 에칭 바스(10)를 도시한다. 대개, 습식 에칭 장치는, 습식 에칭 바스(10), 펌프(11), 필터(12)를 포함한다. 습식 에천트의 온도를 제어하는 가열기/냉각기 장치는 도시되어 있지 않다. 습식 에칭 바스(10)는 에천트에 대해 영향을 받지 않는 석영이나 폴리테트라플루오르에틸렌 등의 재료로 만들어진다. 습식 에칭 바스(10)는 입자 제거를 위해 설계되어져있다. 특히, 습식 에칭 바스(10)는 습식 에칭 공정 동안 생성된 대다수의 입자가 습식 에천트의 표면 가까이에 있도록 하는 이점을 갖도록 설계된다.
습식 에칭 바스(10)는 튜브(14) 및 저장기(15)로 습식 에칭 바스(10)를 분리하는 벽(13)을 구비한다. 저장기(15)는 펌프(11)에 연결된 드레인(16)을 포함한다. 펌프(11)는 저장기(15)로부터 에천트(18)를 펌프하여 필터(12)를 거쳐 입점(entry point, 17)에서 튜브(14)으로 다시 펌프한다. 필터(12)는 펌프(11) 및 튜브(14) 사이에 연결되어 저장기(15)로부터 회수한 에천트로부터 모든 미립자를 여과시킨다. 저장기(15)로부터 튜브(14)를 분리시키는 벽(13)은 습식 에칭 바스(10)의 외벽 높이보다 작은 높이를 갖는다. 튜브(14)는 벽(13)의 높이까지 에천트(18)로 채워진다. 저장기(15)는 벽(13)의 높이보다 낮은 높이까지 에천트(18)로 충전된다. 습식 에칭 바스(10)는 에천트(18)가 튜브(14)내로 다시 튀지 않게 저장기(15)내로 폭포처럼 떨어뜨리도록 설계되어 있다. 도면 부호(19)로 표시한 선이 에천트(18)가 폭포처럼 떨어지는 것을 나타내고 있다. 에천트(18)는 저장기(15)로부터 튜브(14)으로 펌프되어져서, 에천트(18)는 벽(13)을 넘어 저장기(15)로 다시 폭포처럼 떨어지게 된다. 펌프(11)에 의해 튜브(14)로 제공된 충전 에천트의 부피는 튜브(14)내 에천트(18)의 표면상에 떠있는 미립자들을 저장기(15)로 운반할 수 있도록 충분해야 한다. 통상적으로, 에천트(18)는 튜브(14)의 바닥에 제공되어 미립자들을 운반하는 에천트를 대체한다. 반도체 웨이퍼(도시하지 않음)는 에천트(18)속에 침수해 있는 폴리테트라플루오르에틸렌 웨이퍼 보트(도시하지 않음)에 위치하게 된다.
전술한 바와 같이, 산소 및/또는 오존은 화학 공급업자로부터 수송된 버퍼된 산화물 에천트 등의 습식 에천트에 용해되어 있다. 산소는 또한, 에천트를 주위 환경에 노출시키는 것을 통해 에천트 내로 확산될 수 있다. 이것은 특히 대부분의 습식 에칭 바스가 리드를 구비하고 있지 않다는 점에 기인한다.
도 2는 본 발명의 한 양태에 따라 습식 에칭 바스(20)에 부착된 리드(21)를 도시하고 있다. 리드(21)는 주위 환경으로부터 습식 에칭 바스(20)를 밀폐시킨다. 질소 등의 비반응성(또는 불활성) 기체가 에천트의 표면에 분무되어 산소가 에천트내로 확산되는 것을 방지한다. 질소 등의 비반응성 기체가 에천트 내에 용해되어 있는 경우 그 비반응성 기체는 유전체의 에칭 공정에 영향을 미치지 않는다.
도 3은 본 발명의 또다른 양태에 따라서 습식 에천트의 표면에 비반응성 또는 불활성 기체를 분무하는 수단의 한 예를 도시하고 있는 습식 에칭 바스(30)의 평면도이다. 예에서, 그 분무 수단은 개구(32)를 구비한 튜브(31)이다. 튜브(31)는 습식 에칭 바스(30)의 주변 둘레에 배치된다. 개구(32)는 에천트의 전체 표면에 비반응성 기체를 분무하여 주위 환경과의 접촉을 최소화한다. 비반응성 기체의 예로는, 질소, 이산화탄소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논이 있다. 이들 비반응성 기체는 에천트에 용해되어 있기 때문에 반도체 도는 반도체 웨이퍼 상의 다른 재료와 반응하지 않는다.
도 4는 본 발명에 따라서 에천트를 탈기화하는 시스템(40)을 도시하는 도면이다. 대개, 유전체를 에칭하기 위한 버퍼된 산화물 에천트 등의 습식 에천트는 공장이나 반도체 설비에 벌크 형태로 저장된다. 반도체 설비 내의 벌크 저장소 또는 화학 공장에서, 산소 및 오존 등의 산화 기체나 용해된 기체를 제거하도록 에천트를 탈기화하는 것은 습식 에천트를 습식 에칭 바스에 충전하거나 첨가할 때에 탈기 시간을 없애거나 줄여준다. 원리상으로는, 습식 에칭 바스는 반응제가 제거되기 때문에 습식 에천트로 충전된 후 에칭에 직접 사용될 수 있다.
일반적으로, 에천트는 벌크 저장소에 배치되기 전에 탈기된다. 탈기는 습식 에천트 내에 용해된 반응제의 양을 감소시키는 공정이다. 한가지 방법으로, 습식 에천트는 탈기되어 벌크 저장소에 배치된다. 반응제의 레벨은 반응제를 함유하고 있는 주위 환경에 노출되지 않으면 벌크 저장중에 증가하지 않는다. 또다른 방법은 반응제의 레벨이 최소화될 수 있도록 벌크 저장소에서 습식 에천트를 계속하여 탈기시키는 것이다. 벌크 저장부(41)는 에천트를 저장한다. 펌프(42)는 삼투성막 탈기 장치(43)를 통해 에천트를 펌프한다. 삼투성막 탈기 장치(43)는 비반응성 기체로 반응성 기체를 대체한다. 예를 들면, 에천트가 버퍼된 산화물 에천트인 경우, 반응제는 산소 및/또는 오존이며 비반응성 기체는 질소이다. 다른 비반응성 기체 또는 진공 상태를 이용해서 산소를 버퍼된 산화물 에천트로부터 제거하거나 대체하는데 이용될 수 있다. 삼투성막 탈기 장치(43)는 비반응성 기체를 수용하는 기체 인입부(44) 및 비반응성 기체 또는 대체 기체를 에천트로부터 배출시키는 기체 배출부(45)를 구비한다. 삼투성막 탈기 장치(43)는, 펌프(42)에 연결되어 에천트를 수용하는 유체 인입부(46) 및 벌크 저장부(41) 또는 습식 에칭 바스에 탈기된 에천트를 다시 제공하는 유체 배출부(47)를 구비한다. 동작에 있어서 시스템은 삼투성막 탈기 장치(43)를 통해서 벌크 저장부(41)로부터 에천트를 순환시켜 에천트 내에 용해된 기체의 농도를 감소시킨다.
도 5는 삼투성막 탈기 장치가 어떻게 동작하는지를 도시하고 있다. 막(51)은 습식 유전체 에천트 등의 액체(52)를 비반응성 기체(53)로부터 분리한다. 막(51)은 기체가 투과할 수는 있지만 액체(52)가 기체(53)와 함께 면으로 통과할 수 없게 한다. 막(51)과 직교하는 화살표(54)는 기체가 막(51)을 통과할 수 있음을 나타낸다. 통상적으로 액체(52) 및 기체(53)는 막(51)을 지나 흐른다. 막(51)과 평행인 화살표(56)는 액체(52) 및 기체(53)가 막(51)을 따라 흐름을 나타낸다. 액체(52)는 용해된 기체의 액체(52)를 정화하기 위해 막(51)을 지나 계속하여 흐른다. 기체(53)는 삼투성막 탈기 장치로부터 기체 및 용해된 기체의 혼합물을 제거하기 위해 막(51)을 지나 흐른다.
삼투성막 탈기 장치는 확산의 원리에 의해 동작된다. 기체의 농도가 높은 영역은 저농도의 기체를 갖는 영역으로 확산된다. 한계가 있어, 기체의 농도는 용적 전체에 걸쳐 평형을 이루게 된다. 삼투성막 탈기 장치의 동작 방법에 대해, 액체(52)로서 버퍼된 산화물 에천트, 버퍼된 산화물 에천트(52)에서 용해된 기체인 산소 및/또는 오존 등의 산화 기체, 즉 반응성 기체, 기체(53)로서 질소를 사용하여 간략하게 설명되어 있다. 막(51)은 상기 버퍼된 산화물 에천트(52)에서의 산에 의해 영향을 받지 않는다. 예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리테트라플루오르에틸렌은 막으로서 양호한 재료이다. 왜냐하면, 이것들은 버퍼된 산화물 에천트로 이용된 것들과 같은 산과 반응하지 않기 때문이다. 이산화탄소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 기타 다른 기체가 산소 및/또는 오존을 버퍼된 산화물 에천트로부터 대체하는데 이용될 수 있다. 진공 상태 역시 버퍼된 산화물 에천트로부터 산소를 제거하기 위해 선택할 수 있는 것이다. 버퍼된 산화물 에천트(52)는 막(51)의 제 1 면에 있다. 기체 상태의 질소(53)는 막(51)의 제 2 면에 있다. 산소/오존의 농도는 막(51)의 제 2 면에서보다 막(51)의 제 1 면에서 더 높다. 따라서, 산소 및/또는 오존은 이들의 농도가 더 낮고 질소 기체(53)의 농도가 더 높은 경우에 막(51)을 통해서 제 2으로 확산된다. 이 공정은 내부의 산소 및/또는 오존의 농도를 감소시키는 버퍼된 산화물 에천트(52)를 탈산소화한다. 이와 유사하게, 질소 기체(53)의 농도는 막(51)의 제 1 면에서보다 제 2 면에서 더 높다. 따라서, 질소 기체(53)는, 산소 및/또는 오존의 농도가 더 높고 질소 기체의 농도가 더 낮은 경우에 막(51)의 제 1 면의 버퍼된 산화물 에천트 내로 막(51)을 통해서 확산된다. 막(51)의 제 2 면의 약간의 질소 기체(53)는 물론 산소 및 오존도 필터(43)로부터 배출된다. 질소 기체(53)의 농도가 막(51)의 제 2 면에서 항상 더 높게 되도록 질소 기체(53)는 막(51)의 제 2 면 내로 계속하여 주입된다.
버퍼된 산화물 에천트 등의 유전체 에천트로부터 산소를 제거할 수 있는 삼투성막 탈기 장치는 Hoechst Celanese Corporation에서 제조되고 있다. 막은 버퍼된 산화물 에천트(52)의 일부인 불화암모늄과 불화수소에 의해 영향을 받지 않는 폴리프로필렌으로 만들어진다. 삼투성막 탈기 장치는 엑스트라플로우 멤브레인 컨택터(extra-flow membrane contactor)로 판매된다. Hoechst Celanese Corporation에 의해 판매되는 삼투성막 탈기 장치는 식품업계에서 대개 사용된다. 예를 들면, 그것은 소다 및 맥주를 기체화/탈기화하는데 사용된다. 또다른 용도는 초여과, 역삼투, 이온 교환 등의 물 처리를 위한 것이다.
도 6은 반도체 위의 유전체를 에칭하는 장치(60)를 도시하고 있다. 동일 도면 부호를 동일 소자를 표시하는데 이용한다. 장치(60)는, 습식 에칭 바스(61), 습식 에천트(52)의 온도를 제어하는 가열기/냉각기부(도시하지 않음), 펌프(66), 필터(67), 삼투성막 탈기 장치(69)를 포함한다. 습식 에칭 바스(61)는 에천트(52)로 충전되고 반도체 웨이퍼(71)를 운반하는 웨이퍼 캐리어(62)를 갖고 있도록 설계된다. 습식 에칭 바스(61)는 주위 환경으로부터 에천트(52)를 보호하도록 리드 및 기체 정화기(둘 다 도시하지 않음)를 구비한다. 리드 및 기체 정화기는 도 2 및 도 3에서 각각 기술되었다. 습식 에칭 바스(61)는 튜브(63) 및 저장기(64)를 포함한다. 벽(65)은 튜브(63)를 저장기(64)로부터 분리한다. 에천트(52)는 벽(65)의 높이까지 튜브(63)에 충전된다. 에천트(52)는 저장기(64)내의 벽(65)의 높이보다 낮은 레벨까지 충전된다.
펌프(66)는 저장기(64)로부터 튜브(63)로 에천트를 펌프한다. 펌프(66)는 통상적으로 에천트(52)를 튜브(63)의 바닥에 제공한다. 에칭된 반도체 웨이퍼로부터 대부분의 입자들이 저장기(64)내로 초과하여 흐르는 경우 에천트(52)의 표면에 떠있다. 필터(67)는 저장기(64) 및 펌프(66)에 연결되어 에천트(52)내에 있는 입자들을 여과시킨다. 삼투성막 탈기 장치(69)는 펌프(66) 및 튜브(63)에 연결되어 에천트(52)로부터 반응제를 제거한다. 삼투성막 탈기 장치(69)는, 비반응성 기체를 수용하는 기체 인입부(74) 및 에천트(52)로부터 비반응성 기체와 대체 기체를 배출시키는 기체 배출부(75)를 구비한다. 삼투성막 탈기 장치(69)는, 펌프(66)에 연결되어 에천트(52)를 수용하는 유체 인입부(76) 및 탈기된 에천트(52)를 튜브(63)에 다시 제공해주는 유체 배출부(77)를 구비한다. 질소, 이산화탄소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 기체는 삼투성막 탈기 장치(69)의 기체 인입부와 연결되어 에천트(52)로부터 반응제를 대체한다. 기체 배출부(75)는 에천트(52)로부터 정화된 비반응성 기체 및 반응제의 혼합물을 제거하는 출구이다. 진공부 역시 삼투성막 탈기 장치(69)의 기체부와 연결되어 에천트(52) 내의 반응제를 제거한다. 정화는, 비반응성 기체로 반응제를 대체하거나 또는 진공으로의 확산을 통해 에천트(52)로부터 산소를 제거하여 에천트를 정화시키거나 하여 습식 에천트내의 반응제의 농도를 감소시키는 공정이다. 예를 들어 튜브(63)내의 정화된 에천트와 접촉해 있는 센서(68)는 반응제(산소 및/또는 오존)의 농도를 감지한다. 센서(68)는, 에천트(52) 내의 반응제의 농도가 유전체 에칭 공정을 수행하는데 충분히 낮은 때를 판정한다.
반도체 위의 유전체를 에칭하는 습식 에칭 바스(61)의 동작은 저장기(64)로부터 튜브(63)로 습식 에천트(52)를 재순환하는 단계를 포함한다. 유전체 에칭 공정의 순환 시간은 튜브(63) 및 저장기(64)를 충전 또는 재충전하는 경우에 정화되는 에천트(52)를 제공함으로써 단축된다. 정화된 에천트가 제공되지 않는 경우에, 에천트(52)는, 반응제가 유전체 에칭 용도에 적합한 레벨로 감소될 때까지 삼투성막 탈기 장치(69)를 통해 순환되어야 한다. 에천트(52) 내에 있는 반응제의 양은 센서(68)에 의해 감지된다.
웨이퍼 캐리어(62)는 튜브(63)내에 배치되므로, 적어도 반도체 웨이퍼(71)의 일부는 정화된 에천트에 침수되어 위에 노출된 유전체층을 에칭한다. 에천트는 펌프(66)에 의해서 필터(67) 및 삼투성막 탈기 장치(69)를 통해 계속하여 순환되어 에천트(52)내에 용해된 미립자 및 반응제를 각각 제거한다. 유전체층이 에칭될 수 있는 속도, 즉 에칭 속도는 정화된 에천트를 가열하거나 냉각함으로써 변경될 수 있다. 삼투성막 탈기 장치(69) 및 필터(67)와 더불어 펌프(66)의 구성은 도 6에 도시된 구성에 국한되지 않고 대체로 유전체 에칭 필요물 및 사용된 부품들에 따라 변경될 수 있다. 삼투성막 탈기 장치(69)는 현존 습식 에칭 바스 시스템에 쉽게 갱신되는 비교적 저렴한 구성 요소이다. 삼투성막 탈기 장치(69)는 유전체 에천트로부터 용해된 기체를 제거하는데 있어서, 질소 버블링 등의 다른 종래 기술보다 성능이 현저히 월등하다. 삼투성막 탈기 장치(69)는 또한 반도체 제조 환경내에서 t명이 길다. 왜냐하면, 막 소자는 유전체 에천트에 이용된 산과 반응하지 않기 때문이다. 습식 에칭 바스에서 삼투성막 탈기 장치(69)는 수 년의 예상 수명을 가지고 있어 매우 비용 효율적이면서 디바이스 성능 및 생산량이 향상되게 한다.
예를 들면, 이산화 실리콘은 통상적으로 희생층 또는 유전체층으로서 사용되어 반도체 디바이스의 2개의 도전층을 전기적으로 절연시킨다. 전술한 바와 같이, 반도체 기판의 표면이 거칠어지는 것은 이산화 실리콘의 희생층이 버퍼된 산화물 에천트 등의 에천트를 사용하여 에칭되기 때문이다. 버퍼된 산화물 에천트내의 산소 및/또는 오존은 반도체 기판의 모든 노출 영역, 예를 들면 표면에 이산화 실리콘을 형성한다. 그 표면은 버퍼된 산화물 에천트에 의해 연속적으로 에칭되어 낮은 스폿(spot)을 생성한다. 그 최종적인 결과는 반도체 기판 상에 높은 영역 및 낮은 영역이 된다(표면 거칠기). 버퍼된 산화물 에천트로부터 산소 및/또는 오존 등의 반응제를 제거함으로써 이산화 실리콘의 형성을 감소시키거나 없어지게 한다. 버퍼된 산화물 에천트는 실리콘 등의 반도체 재료와는 반응하지 않는다. 실험은 삼투성막 탈기 장치(69)를 이용한 습식 에칭에서 그 개선된 점들을 명확히 보여주고 있다. 비정화된 버퍼된 산화물 에천트로 에칭된 웨이퍼 및 비에칭된 웨이퍼로부터의 데이터는 위에서 기술하였었다. 삼투성막 탈기 장치로 정화하여 900초 동안 버퍼된 산화물 에천트로 에칭을 행한 희생 이산화 실리콘층은 1.16nm의 Zmax 및 0.071nm의 높이 변화의 RMS를 갖는다. 질소 버블링을 이용해 정화하여 900초 동안 버퍼된 산화물 에천트로 에칭을 행한 희생 이산화 실리콘층은 1.90nm의 측정된 Zmax 및 0.19nm의 높이 변화의 RMS를 갖는다. 삼투성막 탈기 장치를 이용하면, 얇은 게이트 산화물 및 초미세 디바이스의 형성시에, 결정적인 표면 거칠기를 현저히 감소시켜준다.
이상에서, 반도체 기판 위의 유전체층을 에칭하는 방법 및 장치에 대해 기술하였다. 본 발명에 의한 습식 에칭 공정은 습식 에천트 내에 용해된 반응제를 감소시킴으로써 에칭될 때 반도체 기판을 보호한다. 비반응성 기체 또는 진공을 이용하여 에천트 내의 반응성 기체를 감소시키는 삼투성막 탈기 장치를 사용함으로써 공정이 간단하고 쉽게 실행된다.
도 1은 종래의 습식 에칭 바스를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 한 양태에 따라 습식 에칭 바스에 부착된 리드(lid)를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 또다른 양태에 따라서 에천트 표면 위에 비반응성 기체를 분무하는 튜브를 도시하는 습식 에칭 바스의 평면도.
도 4는 본 발명에 따라서 에천트를 탈기시키는 삼투성막 탈기 장치를 구비한 시스템을 도시하는 도면.
도 5는 도 4의 삼투성막 탈기 장치의 동작을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따라서 반도체 위의 유전체를 에칭하는 장치를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20, 30, 61 : 습식 에칭 바스 11, 42, 66 : 펌프
12, 43, 67 : 필터 13, 65 : 벽
14, 63 : 튜브 15, 64 : 저장기
18 : 에천트 21 : 리드
31 : 튜브 32 : 개구
40 : 탈기 시스템 41 : 벌크 저장부
43, 69 : 삼투성막 탈기 장치 51 : 막
52 : 버퍼된 산화물 에천트 53 : 비반응성 기체
60 : 에칭 장치 62 : 웨이퍼 캐리어
68 : 센서 71 : 반도체 웨이퍼
Claims (4)
- 반도체 위의 유전체를 에칭하는 장치(60)에 있어서,에천트(52)를 보유하는 습식 에칭 바스(61),상기 습식 에칭 바스(61)에 상기 에천트(52)를 제공하는 펌프(66), 및상기 펌프(66)에 연결되어서 상기 에천트(52)가 상기 습식 에칭 바스(61)에 제공되기 전에 상기 에천트(52) 내의 제 1 기체를 제 2 기체로 대체하는 삼투성막 탈기 장치(69)를 포함하는, 에칭 장치.
- 반도체 기판(71) 위의 유전체를 에칭하는 방법에 있어서,삼투성막 탈기 장치(69)를 통해서 에천트(52)를 정화하여 정화된 에천트를 생성하는 단계, 및상기 반도체 기판(71)의 일부를 상기 정화된 에천트에 침수시켜 상기 반도체 기판(71) 위의 유전체를 에칭하는 단계를 포함하는, 에칭 방법.
- 유전체가 제거될 때 표면 거칠기를 감소시키도록 상기 반도체 기판(71) 상의 유전체를 에칭하는 방법에 있어서,삼투성막 탈기 장치(69)에 의해 에천트(52)로부터 산소 및 오존을 퇴출시키는 단계로서, 상기 에천트는 산호가 제거된, 상기 퇴출시키는 단계, 및산소가 제거된 상기 에천트(52)에 상기 반도체 기판(71)을 침수시켜 유전체를 에칭하는 단계를 포함하는, 에칭 방법.
- 반도체 웨이퍼(71) 상의 유전체를 에칭하는 방법에 있어서,용해된 기체를 갖는 에천트(52)를 제공하는 단계,제 1면 및 제 2 면을 갖는 막(51)을 제공하는 단계,상기 에천트(52)를 상기 막(51)의 상기 제 1 면에 노출시키는 단계로서, 상기 에천트는 상기 막(51)을 통과하지 않는, 상기 노출시키는 단계,기체를 상기 막(51)의 상기 제 2 면에 노출하는 단계,상기 용해된 기체의 상기 에천트(52)를 삼투막을 통해서 정화하여 정화된 에천트를 생성하는 단계, 및상기 반도체 웨이퍼(71)를 상기 정화된 에천트에 침수시켜 유전체를 에칭하는 단계를 포함하는, 에칭 방법.
Applications Claiming Priority (3)
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